сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Из ме­тал­ла от­ли­то m оди­на­ко­вых пра­виль­ных пи­ра­мид (m боль­ше или равно 3). Их уда­лось скле­ить так, что у них есть общее ребро и каж­дая пи­ра­ми­да имеет общую бо­ко­вую грань ровно с двумя из осталь­ных. Най­ди­те ми­ни­маль­ное зна­че­ние плос­ко­го угла при вер­ши­не пи­ра­мид.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пусть S  — общая вер­ши­на пи­ра­мид, a  — сто­ро­на их ос­но­ва­ния, α плос­кий угол при вер­ши­не, \varphi  — угол между бо­ко­вы­ми гра­ня­ми. Пред­по­ло­жим, что все пи­ра­ми­ды n уголь­ные. Возь­мем одну из них и обо­зна­чим через A, B, C три по­сле­до­ва­тель­ные вер­ши­ны ос­но­ва­ния. Так как сумма углов n-уголь­ни­ка равна  Пи левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , мы по­лу­ча­ем \angle A B C=2 бета , где  бета = дробь: чис­ли­тель: Пи левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 n конец дроби . Тогда

 A C=2 A B умно­жить на синус бета =2 a умно­жить на синус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =2 a ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби .

Опу­стим из точек A и C пер­пен­ди­ку­ля­ры на ребро BS. Они при­дут в одну точку K, при­чем A K=C K, так как тре­уголь­ни­ки ASB и BSC равны. По тео­ре­ме ко­си­ну­сов

 ко­си­нус \varphi= дробь: чис­ли­тель: 2 A K в квад­ра­те минус A C в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 A K в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 a в квад­ра­те синус в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус 4 a в квад­ра­те ко­си­нус в квад­ра­те дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби , зна­ме­на­тель: 2 a в квад­ра­те синус в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби =
= дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка Пи минус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка минус 2 левая круг­лая скоб­ка 1 плюс ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 1 минус ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка Пи минус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­си­нус альфа минус 1 минус 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби , зна­ме­на­тель: ко­си­нус альфа плюс 1 конец дроби .

Пе­ре­се­чем всю кон­струк­цию плос­ко­стью, пер­пен­ди­ку­ляр­ной об­ще­му ребру пи­ра­мид. В се­че­нии каж­дой пи­ра­ми­ды ока­жет­ся угол \varphi, и по усло­вию между уг­ла­ми нет за­зо­ров. По­это­му \varphi= дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби и

 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­си­нус альфа минус 1 минус 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби , зна­ме­на­тель: ко­си­нус альфа плюс 1 конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус альфа = дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби плюс 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби , зна­ме­на­тель: 1 минус ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби конец дроби .

За­ме­тим, что с уве­ли­че­ни­ем m или n пра­вая часть рас­тет, а угол α умень­ша­ет­ся. При этом долж­но вы­пол­нять­ся усло­вие

 дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби плюс 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби , зна­ме­на­тель: 1 минус ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби конец дроби мень­ше 1 \Longleftrightarrow ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: m конец дроби плюс ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: n конец дроби мень­ше 0.

Такое воз­мож­но, если одно из чисел m и n равно 3, а дру­гое не пре­вос­хо­дит 5. Тогда мак­си­маль­ное зна­че­ние  ко­си­нус альфа ре­а­ли­зу­ет­ся при m=3 и n=5. В этом слу­чае

 ко­си­нус альфа = дробь: чис­ли­тель: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби , зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1 плюс 4 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та минус 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

Ответ:  арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из 5 , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .